環(huán)保工程智能測控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

陳肖和

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國大氣環(huán)境污染的形勢日益嚴(yán)峻。國家大力整治工業(yè)廢氣、廢水的排放，從而推進(jìn)環(huán)保工程項目的實施。為了解決環(huán)保工程項目只上不用、后期無人監(jiān)管的問題，設(shè)計一種實用型智能環(huán)保工程測控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：環(huán)保工程;測控系統(tǒng);傳感器網(wǎng)絡(luò);自動化控制;

前言

隨著技術(shù)的發(fā)展和國家對污染治理項目的重視，越來越多的環(huán)保設(shè)備涌入市場。但由于目前市場的不規(guī)范、技術(shù)的不成熟，環(huán)保設(shè)備仍存在以下幾個問題：

（1）環(huán)保設(shè)備大多安裝在戶外，巡檢容易疏漏，除非設(shè)備因故障導(dǎo)致無法運行，才會事后觸發(fā)人工干預(yù)檢修機制。系統(tǒng)經(jīng)常處于無人值守的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常時，尤其在初期故障時期不能及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)檢修。

（2）有多臺環(huán)保設(shè)備組成的環(huán)保系統(tǒng)，其總的電能消耗都在百萬千瓦單位，相互之間既無動態(tài)聯(lián)鎖控制，遑論動態(tài)控制。由于能耗問題，社會上許多項目存在“只上不用”的現(xiàn)象。只有在監(jiān)管部門檢查時才啟用，平時關(guān)閉。

（3）由于環(huán)保項目設(shè)備易受物理、化學(xué)物質(zhì)動態(tài)變化的影響，如維護(hù)保養(yǎng)不及時，其處理效果嚴(yán)重下降。

（4）目前廠家項目實施的地點一般分布比較廣，系統(tǒng)驗收后，后續(xù)再出現(xiàn)問題，售后服務(wù)難以順利開展。

1 環(huán)保工程項目及傳感器的配備

常見的環(huán)保設(shè)備包含：公共環(huán)衛(wèi)設(shè)施過濾除塵設(shè)備、污水處理設(shè)備、空氣凈化設(shè)備、固廢處理設(shè)備、環(huán)衛(wèi)清潔設(shè)備等。一個環(huán)保工程項目中通常包含有多個環(huán)保設(shè)備，不同的環(huán)保設(shè)備需根據(jù)其特點配備相應(yīng)的傳感器。

蘭寶廢氣凈化處理設(shè)備主要處理工業(yè)廢氣，采用國際領(lǐng)先的低溫等離子和光化學(xué)技相結(jié)合的廢氣處理最新技術(shù)。根據(jù)其功能特點，傳感器主要安裝在進(jìn)風(fēng)口、低溫等離子模塊、光化學(xué)反應(yīng)模塊、風(fēng)機、出風(fēng)口、主副水箱等部位，監(jiān)控設(shè)備的運行狀況。根據(jù)緊要程度將傳感器分為原機傳感器和附加傳感器。原機傳感器是設(shè)備正常運行所必須的傳感器，如主副水箱的水位、壓力傳感器等。附加傳感器是為了更好地檢測環(huán)保設(shè)備的運行狀況而配備的一些傳感器，這些傳感器分布在環(huán)保設(shè)備各個功能模塊上，形成附加傳感器網(wǎng)，實時檢測各功能模塊的運行狀況。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單個環(huán)保設(shè)備本地控制

本機傳感器直接接入蘭寶自制的DCS10模塊，并通過RS-485通信協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)采前置機。附加傳感器主要檢測環(huán)保設(shè)備各功能模塊的運行環(huán)境是否正常，排出物是否達(dá)標(biāo)，此類傳感器采用CAN總線連接，接入數(shù)采前置機。設(shè)備維護(hù)人員可以通過本地人機交互界面了解設(shè)備的運行狀況，設(shè)置環(huán)保設(shè)備的運行參數(shù)，執(zhí)行一些命令，如設(shè)備清洗、緊急制停等，此類命令通過PLC的邏輯運算，由DCS10連接執(zhí)行機構(gòu)完成相關(guān)操作。

由多個傳感器組成的附加傳感器網(wǎng)絡(luò)是智能環(huán)保工程測控系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)。傳感器布置在環(huán)保設(shè)備的各功能模塊上，實時監(jiān)測環(huán)保設(shè)備的運行狀況。系統(tǒng)配備物理量傳感器和化學(xué)量傳感器，可以實現(xiàn)對進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口工業(yè)廢氣和粉塵進(jìn)行壓力、溫度、氣體濃度的檢測;對水箱進(jìn)行水位、渾濁度、溫度的檢測;還可以對各功能模塊進(jìn)行振動、轉(zhuǎn)速和排出物的檢測，判定其是否正常運行。

2.2 環(huán)保工程項目本地集中監(jiān)控

環(huán)保工程項目一般是由多臺環(huán)保設(shè)備組成的系統(tǒng)，為每個環(huán)保設(shè)備配備相應(yīng)的數(shù)采前置機和人機界面。本地采集到的數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)通信接入集線器再接入工業(yè)交換機、網(wǎng)絡(luò)交換機，同時配備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、瘦客戶機服務(wù)器等，可以實現(xiàn)在本地監(jiān)控中心同時監(jiān)控多臺環(huán)保設(shè)備。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，可以將本地監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸給設(shè)備維護(hù)人員或服務(wù)商。遠(yuǎn)程終端可以是智能手機、平板電腦等設(shè)備。設(shè)備維護(hù)人員即便不在現(xiàn)場也能及時了解設(shè)備運行狀況。同時服務(wù)商也可根據(jù)設(shè)備運行狀況安排售后服務(wù)、技術(shù)指導(dǎo)等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 單個環(huán)保設(shè)備的智能控制

以蘭寶廢氣智能凈化處理系統(tǒng)為例，對于配備相關(guān)傳感器的環(huán)保設(shè)備進(jìn)行軟件流程設(shè)計：

（1）系統(tǒng)開啟后，先對進(jìn)風(fēng)口的傳感器功能進(jìn)行檢測，如果運行正常，則對采集到的氣體成分進(jìn)行分析，選擇性地打開相應(yīng)的功能模塊，關(guān)閉不需要的動能，以節(jié)省電耗。如果進(jìn)風(fēng)口傳感器出現(xiàn)異常，無法判斷氣體成分，則需要開啟所有功能模塊，同時發(fā)出傳感器異常報警。報警系統(tǒng)的設(shè)計參考文獻(xiàn)：。

（2）氣體進(jìn)入功能模塊1后，先對功能模塊1所配備的傳感器進(jìn)行功能檢測，如果不正常，則發(fā)出傳感器異常報警信息。如果傳感器工作正常，則對功能模塊1排出的氣體成分、濃度進(jìn)行檢測，對比該功能模塊標(biāo)準(zhǔn)排放值，如果未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)用專家數(shù)據(jù)庫進(jìn)行原因分析，如果問題不嚴(yán)重，系統(tǒng)繼續(xù)運行，同時發(fā)出報警信息。如果問題嚴(yán)重，則緊急制停。

（3）如果功能模塊1排出物達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可正常進(jìn)入功能模塊2，功能模塊2的軟件流程同模塊1。

3.2 多個環(huán)保設(shè)備的動態(tài)控制

有些污染嚴(yán)重的廢氣處理，可能需要依次經(jīng)過幾個環(huán)保設(shè)備的處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，第一級處理如果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，就不能進(jìn)行下一級的處理，強行進(jìn)行會破壞設(shè)備。

傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)采前置機、集線器、交換機等匯總到監(jiān)控服務(wù)器端，通過WEB技術(shù)，在軟件平臺中圖形化展示現(xiàn)場多個環(huán)保設(shè)備的運行狀況，包括各燈管、控制器的狀態(tài)，水箱液位變化，電磁閥的啟停狀態(tài)，電機的工作狀態(tài)（包括啟停、振動頻率等），加熱器工作狀態(tài)，氣體濃度等，判定設(shè)備運行狀況，發(fā)出初期故障預(yù)警，記錄運行日志和故障。在必要情況下，可遠(yuǎn)程、移動實現(xiàn)經(jīng)特別授權(quán)的控制操作，如：緊急停機、禁止操作、自動溫控加熱、自動補水泵閥、自動清洗沖洗、自動液位控制等。

3.3 數(shù)據(jù)融合

系統(tǒng)采用冗余的傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補，降低其不確實性，從而提高系統(tǒng)決策的快速性和正確性。在傳感器正常工作的情況下，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，可對多個傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而確定發(fā)生故障的位置，進(jìn)行原因排查。

4 智能環(huán)保工程測控系統(tǒng)的應(yīng)用

智能環(huán)保工程測控系統(tǒng)通過在既有的項目設(shè)備上增設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)和控制模塊，既可在中控室監(jiān)控環(huán)保項目現(xiàn)場的環(huán)境、各環(huán)保設(shè)備的開關(guān)機、設(shè)備使用狀況，又可以進(jìn)行環(huán)境問題的綜合分析，實現(xiàn)環(huán)保設(shè)備的故障診斷、預(yù)警，以及智能維護(hù)、保養(yǎng)等，預(yù)防項目“只上不用”。其內(nèi)置邏輯算法，可以有效甄別“數(shù)據(jù)模擬作弊”。

智能環(huán)保工程測控系統(tǒng)為售后監(jiān)控監(jiān)管提供方便，例如：提早發(fā)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備重點部位的初期故障，提供關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)警功能;通過多種網(wǎng)絡(luò)和各類應(yīng)用終端，向環(huán)保設(shè)備維護(hù)人員發(fā)出警報信息，從而達(dá)到降低設(shè)備重大故障發(fā)生率，延長設(shè)備壽命，消弭運行風(fēng)險，有效減少甚至杜絕設(shè)備事故，保證生產(chǎn)安全，提高企業(yè)生產(chǎn)效益的目的，為企業(yè)設(shè)備管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。該系統(tǒng)還可為環(huán)保監(jiān)管組織機構(gòu)提供一個信息化應(yīng)用管理平臺或數(shù)據(jù)接口，達(dá)到社會化宏觀管理的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉少強.現(xiàn)代傳感器技術(shù)——面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014

[2] 賀亮.基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].中國科技核心期刊，2008，（27）：23-25

（作者身份證：431081198211090495）